Aditivní výroba může být vhodným řešením nejen pro individualizované produkty, ale i produkci méně kusových zakázek, kde by se klasická sériová produkce nevyplatila. A právě na tento segment se zaměřuje pražská společnost cotu.
V devadesátých letech minulého století a první polovině tohoto desetiletí prodělala technologie laserového svařování poměrně dynamický vývoj – zčásti díky vývoji výkonnějších a nových typů laserů, zčásti též díky širšímu používání nových moderních materiálů, které jsou jinými metodami těžko svařitelné. V nemalé míře se o tento rozvoj přičinily též rostoucí požadavky na zvyšování produktivity výroby a opakovatelnosti technologického procesu.
Hlavní předností laserového svařování oproti klasickým metodám je kvalita svaru, vyšší hloubka průvaru, podstatně menší tepelně ovlivněná zóna, vysoká produktivita, snadnější možnost automatizace a v neposlední řadě pak povrchový vzhled. Díky všem těmto výhodám se laserové svařování stalo běžné i konstruktérům, kteří je předepisují na výkresech sestav a kromě svařování kovů se stále více začíná uplatňovat i při svařování plastů a speciálních materiálů.
Principy laserového svařování
Na obr. 1 jsou naznačeny dva základní principy laserového svařování. Při svařování vedením tepla se materiál taví absorpcí a vedením tepla vyvolaného laserovým svazkem. Tento postup umožňuje svařování jen do malých hloubek. Zvyšováním plošné hustoty výkonu dosáhneme kritické hodnoty (empiricky 1 až 5 x 106 W/cm2), při které se materiál začíná odpařovat, generuje se plazma a začíná docházet k hlubokému provařování. Laserový paprsek vytvoří „kapiláru", která má průměr 1,5- až 2násobek průměru ohniska. Uzavření této kapiláry je zabráněno tlakem plynů. Energie ze stěn kapiláry potom vniká do taveniny a okolního tuhého materiálu. Svařováním do hloubky je umožněno zvýšení efektivity svařování. Vlastní proces a jeho stabilita je závislá na svařovaném materiálu, polarizaci, vlnové délce laseru, rychlosti posuvu a mnoha dalších faktorech.
Používané druhy laserů
V posledních cca pěti letech se výrazně mění rozložení jednotlivých typů laserů. Sice se pro svařování stále používají CO2 lasery a Nd:YAG lasery (pulzní i kontinuální), popř. tzv. diskové lasery, což je v podstatě jakási modifikace Nd:YAG laserů. Poměrně významné místo při svařování mají i diodové lasery, a to převážně při svařování plastů. Výkonnější diodové lasery (v řádu několika kilowattů) se používají hlavně pro povrchové kalení a navařování. Před cca 10 lety se v 75 % svařovacích průmyslových aplikací používaly Nd:YAG lasery. V posledních několika letech se však tato situace mění a v mnoha aplikacích se stále více využívají lasery vláknové.
Vláknové lasery
Velkou výhodou vláknových laserů je podstatně vyšší účinnost, tzn. podstatně menší spotřeba elektrické energie, nižší nároky na chladicí okruh a výrazně menší půdorysné rozměry. Všechny tyto skutečnosti samozřejmě vedou k dramatickému snížení provozních nákladů. Na obr. 2 je typické schéma výkonového vláknového laseru. Výkon z budicích laserových diod je přímo navázán do aktivního vlákna rezonátoru.
Jedná se o typ laseru, ve kterém generováno záření s vlnovou délkou okolo 1,06 mm, které je tedy totožné s vlnovou délkou Nd:YAG laserů. Ke stimulované emisi ale dochází uvnitř optického vlákna dopovaného vzácnými zeminami. Tím pádem je takovýto rezonátor podstatně teplotně stabilnější a rozměrově menší. Podobné generátory mají celou řadu předností ve srovnání s klasickými systémy: výbornou kvalitu svazku, kompaktnost, nízký příkon a přirozeně nepotřebují žádnou dodatečnou optiku pro navázání výstupu do vlákna. Už dnes jsou běžně k dispozici ověřené a plně funkční systémy s výkony až 50 kW. Přitom velikost stroje je srovnatelná s automatem na chlazené nápoje.
Svařovací laser YLR 2000
Na obr. 3 je příklad výkonového laseru pro svařování s výkonem 20 kW, typ YLR 20000 od firmy IPG Photonics, kterou v ČR zastupuje firma LAO průmyslové systémy, s. r. o. Základní parametry toho laseru jsou: výstupní výkon 20 kW, průměr vlákna 200 µm, půdorys 1 480 x 806 mm, příkon 70 kW, účinnost 30 % a hmotnost 1 200 kg. Jak je z fotografie zřejmé, je výstupní paprsek přiveden do optického vlákna, přičemž lze použít „rozbočovacích" jednotek, a pak lze použít více vláken vedených na různá pracoviště a výkon laseru přepínat nebo rozdělovat mezi nimi.
Na obr. 4 jsou pak řezy dvou svarů dosažených tímto laserem. Jedná se o svařování nerezové oceli 1.4301. Jak je vidět, tak svařováním ze dvou stran lze dosáhnout hloubky průvaru až 50 mm. Na těchto obrázcích jsou znázorněny aplikace spíše z té horní úrovně dosahovaných výkonů. Vláknové lasery se však s úspěchem používají v celé škále tloušťek a použitých materiálů. Používají se též ve stále širším nasazení i v mikrosvařování a svařování „běžných" tloušťek. To je dáno též poměrně širokou výkonovou řadou strojů, od jednotek wattů až po desítky kilowatů. Na obrázku 5 jsou pak řezy mikrosvarů pro různé materiály.
Je nesporné, že laserové svařování se ve vyspělých průmyslových zemích trvale zabydlelo, a je potěšující, že i v Čechách nachází svou vlastní cestu nejen k technologům, ale i k samotným konstruktérům. V mnoha případech je potřeba již při vlastní konstrukci výrobku navrhovat příslušný svar s ohledem na použití laseru.
Na kvalitu svaru má vliv ještě mnoho dalších aspektů. Základní jsou sice výkon laseru a rychlost svařování, nemalou roli ale hraje i použitá optika ve svařovací hlavě (ohnisková vzdálenost), množství a druh asistenčního (inertního) plynu, kvalita laserového paprsku atd. Přesto je laser velmi účinným a nezastupitelným nástrojem v mnoha průmyslových aplikacích.
Ing. Pavel Kořán
LAO průmyslové systémy
Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.
Součástí automobilů je množství nejrůznějších dílů, k jejichž výrobě se používají různé technologické procesy a široké spektrum materiálů. Technologie jako svařování, lepení a mechanické spojování jsou obvykle používány ke spojování jednotlivých dílů během montáže automobilu. Ačkoliv je technologie svařování velmi rozšířená, může svou podstatou ovlivňovat celkovou kvalitu spojovaných částí, jejich přesnost a spolehlivost. Vynaložená energie a síla potřebná pro spojování je při použití lepení nebo mechanických spojů vždy nižší než při svařování. Přitom stále rostou požadavky na vyšší stupeň deformace, produktivitu práce a na nižší náklady spojovacích operací.
V čem spočívají rozdíly v kvalifikaci svářečského koordinačního a inspekčního personálu podle různých předpisů, jako jsou normy EN či kódy AWS a ASME BPVC? A čím je dána vzájemná zastupitelnost jednotlivých kvalifikačních systémů v jednotlivých předpisech? Odpovědět na tyto i další otázky je cílem tohoto článku.
Vědci z univerzity ve Stuttgartu ukázali cestu pro novou generaci polovodičových laserů. Tyto mají být zejména výkonnější a použitelné v nových oblastech. Lasery jsou založeny na diamantovém sendviči.
Pro řezání drobných a kompletních tvarů kombinovaných (složených) materiálů nebo oceli používá řada podniků řezání vysokoenergetickým kapalinovým paprskem s abrazivem. Na trhu jsou nyní nabízeny tři rozdílné stroje, od základního modelu až po vysoce rychlostní variantu.
Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.
Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.
Strukturální trhací nýty jsou ideální alternativou ke svařování nebo šroubovému spojení. Bezpečně a rychle se instalují a nabízejí značné výhody z hlediska smyku, tahu a dynamického zatížení. Použití strukturálních trhacích nýtů M-Lok při montáži rámů strojů a strojních součástí umožnilo firmě Zahoransky zkrátit jejich výrobní časy.
Každá investice do podniká je spojena s velkým očekáváním. Jistou dávku důvěryhodnosti ve správnou investice může dávat také historie firmy i samotné technologie. Technologie řezání vysokotlakým vodním paprskem Flow slaví v tomto roce již 50 let, resp. 40 let v případě abrazivního vodního paprsku.
Ľahké neželezné kovy ako hliník, horčík, titán a ich zliatiny, ktoré sú používané najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle, musia spĺňať vysoké a často protichodné nároky ako je napríklad dostatočná pevnosť pri zachovaní vysokej ťažnosti alebo dobrá korózna odolnosť. Inak povedané, využívajú sa tam, kde ich náhrada dostupnejšími materiálmi nie je možná. Na zváranie materiálov z ľahkých neželezných kovov je potrebné použiť takú technológiu zvárania, ktorá bude ich vlastnosti degradovať čo najmenej. Celý rad štúdií a doterajších praktických skúseností ukazujú, že väčšina problémov vznikajúcich pri konvenčnom zváraní oblúkovými metódami môže byť potlačená použitím laserového lúča.
Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem.
Proč jsme nejlepší?
a mnoho dalších benefitů.
... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou


















